[摘要]對結晶器進行表面處理可以大大提高其使用壽命，電鍍技術是結晶器表面處理領域的主要表面技術。分析了連鑄結晶器表面電鍍技術的應用發展空間，分別從面向產品性能、面向生產、面向用戶的角度闡述了結晶器表面電鍍技術的應用現狀及發展方向。
    認為未來的連鑄結晶器表面處理領域，電鍍技術將同其他表面技術共同并存、優勢互補，電鍍技術仍將具有很好的開發應用前景。
　　0　引　言
　　連鑄結晶器是整個連鑄生產的核心設備，其質量的好壞直接影響鑄坯的質量和連鑄機的作業率。采用電鍍、熱噴涂等方法對結晶器表面進行改性處理，經過表面處理再制造的結晶器不僅是對結晶器尺寸上的修復，具有高強度、高韌性、優越耐腐蝕性能、抗磨損性能和抗熱疲勞性能的結晶器表面功能涂層，還可以大大提高結晶器表面性能，使得結晶器的壽命大大延長，提高了結晶器的檔次、技術含量和附加值，同時也提高了鋼鐵生產的效率和連鑄坯質量，節能節材[1]。
　　文獻[2-4]介紹了關于連鑄結晶器表面處理技術的研究應用進展。目前，連鑄結晶器的表面處理技術中，仍以電鍍技術應用最為廣泛、成熟可靠。本文對連鑄結晶器表面電鍍技術的應用進展進行了探討和展望。
　　1　結晶器表面電鍍技術的應用發展空間
　　近20年里，表面技術得到了蓬勃的發展，尤其是一些新興的表面技術，例如熱噴涂技術、激光熔覆技術、PVD技術、CVD技術、堆焊技術等得到了廣泛的開發和應用。新興表面技術的發展給傳統的電鍍技術帶來巨大沖擊，電鍍技術曾經一統表面裝飾與防護領域的格局被打破，呈現出的是各表面技術的競爭局面。但也正是這種競爭局面促進了各技術自身的不斷發展提高，因此，其結果是形成了表面技術整體繁榮的同時，各表面技術在各個應用領域并存發展的現狀。
　　目前，在結晶器表面處理領域，電鍍技術已經不再是唯一的表面處理技術，熱噴涂技術已經應用于結晶器短邊銅板的產業化，其他表面技術也處在研發階段，并且有報道稱結晶器長邊銅板已實現全陶瓷涂層的工業化[5]（采用何種技術獲得的全陶瓷涂層未知）。因此，對電鍍技術在結晶器表面處理領域的應用前景的質疑和思考是必然的。
　　電鍍技術仍然是結晶器表面處理領域的主要表面技術。電鍍技術的最根本技術優勢在于：它可在低溫（<100℃）鍍液中進行，有效避免高溫導致的涂層及基體材料性能的惡化，設備投資少，生產費用低，原材料的利用率高，工藝實施具有連續性，易于實現自動化生產。在這些基本的技術優勢基礎之上，電鍍技術還可獲得種類繁多的鍍層，在高性能新涂層的開發方面有著巨大的潛力。結晶器銅板電鍍技術所得涂層與基體結合力好，抗冷熱疲勞性能佳，綜合性價比高。但目前的結晶器表面電鍍技術也存在著沉積速率低，生產周期長的缺點。
　　與電鍍技術一樣，熱噴涂技術也是一種十分有效的結晶器表面處理工藝。結晶器短邊銅板熱噴涂技術所得涂層具有耐磨性好、耐腐蝕性強的優點，涂層沉積速率高。但熱噴涂技術與電鍍技術相比，其涂層與母材結合強度低，且由于沉積環境是高溫環境，對工件易產生熱應力，引起工件熱變形。為彌補結合強度和熱應力的缺陷，銅板必須進行工序較為冗長的熱處理過程，經過高溫熱處理的銅板，其形變矯正比較困難，基材材質受到了破壞，需要修復切削的疲勞層增多，降低了銅板的使用壽命。由于長邊銅板的面積遠遠大于短邊銅板，因此，這些存在的問題將會被放大。可見，熱噴涂技術在結晶器長邊銅板上的應用并不是水到渠成的事情。
　　綜上所述，未來的結晶器表面處理領域，電鍍技術仍將具有很好的開發應用前景，電鍍技術將同其他表面技術共同并存、優勢互補。
　　2　結晶器表面電鍍技術應用現狀及發展方向
　　現代制造業的流程是對產品的全生命周期進行的，技術的發展再也不能僅局限于內部制造車間，而應是緊隨產品生命周期的各個環節。對產品生命周期的結晶器表面電鍍技術的發展進行了分析，見圖1。由圖可見，結晶器表面電鍍技術的應用與發展應當是從論證設計到制造、到用戶使用、再到論證設計這樣一個閉環的、全面的技術應用與發展。
　　2.1　面向產品性能
　　結晶器表面電鍍技術從最初的鍍Cr開始，目前已經逐步形成了鍍Ni、鍍Ni Fe、鍍Ni Co、鍍Co Ni幾種主要鍍層，產品的性能也逐步提高。隨著鋼鐵工業的飛速發展，對結晶器材料表面的性能提出了越來越高的要求，結晶器的發展將繼續向著具有高機械強度、良好的導熱性、耐磨性和耐腐蝕性能的方向發展。為適應這樣的要求，新的電鍍技術、新材料必將應運而生。在電鍍技術領域，納米復合鍍技術[6 7]、脈沖鍍技術[8]及新型合金鍍技術[9]的發展方向與未來結晶器的發展要求十分吻合，在圖2中分析了結晶器電鍍技術的發展歷程與方向，認為未來的結晶器表面電鍍技術的發展將側重于微、納米復合鍍、脈沖鍍及新型合金鍍技術的開發應用。
　　2.2　面向生產
　　在開發鍍層新材料新技術的同時，關注生產過程中電鍍技術的改進與提高是必要的，如果制造過程中的成本得不到降低、產品質量得不到保證，那么再好的鍍層新材料、新技術也只能止步于設想和研發階段，或者大大降低其附加值，從而失去了競爭力。
　　日本三島光產公司開發了連續降液面電鍍技術，該技術可以靈活地在銅板不同水平位置得到不同厚度的鍍層，改變了原有的固定液面電鍍的各處鍍層均厚、造成材料浪費的狀況。寶鋼開發了結晶器銅板帶背板或水箱整體電鍍等技術，與解體銅板槽浸電鍍方式相比，整體電鍍省去了銅板的拆、裝工序，縮短了生產周期，減少了人工和管理成本。鞍鋼采用組箱臺式電鍍技術[10],對銅板表面實行按高度分段控制厚度和鈷元素含量，從而減少耗材、實現了銅板鍍層上軟下硬的特點。
　　連鑄結晶器銅板在電鍍前需要進行除油、浸蝕等前處理過程，前處理過程是保證鍍層及鍍層質量的關鍵工序。通常的前處理工藝先是熱堿除油，經水洗后再酸洗浸蝕，即除油、浸蝕是分開進行的，這種方法不僅工藝繁瑣，占地較多，而且清洗用水和化工原料的消耗量較大。隨著針對電鍍前處理工藝的不斷研究，目前，一步除油浸蝕工藝，即在一槽前處理液中同時完成除油和浸蝕的工序已經成功應用于結晶器銅板電鍍企業。與分步前處理技術相比，一步除油浸蝕法的除油、浸蝕效果十分優異，所得鍍層的結合力很好，簡化了前處理工藝，減少了設備，節約了清洗水及一些化工原料。但是目前國內關于一步除油浸蝕液及工藝的研發比較薄弱，處理液和處理技術需要國外引進。因此，從降本增效，節約能源的角度上講，針對連鑄結晶器銅板一步除油、浸蝕工藝的研發是十分有前景的。
　　2.3　面向用戶
　　許多在用戶現場產生的問題，為電鍍技術的發展提供了方向和平臺。
　　寶鋼某連鑄廠原來的結晶器短邊銅板采用正面熱噴涂合金，然后側邊電鍍Ni,結果在連鑄生產中發現，正面邊緣的較軟鍍Ni帶十分容易磨損，限制了短邊銅板的使用壽命。為解決這一問題，對銅板采取了先側邊電鍍，然后正面熱噴涂的方法，對電鍍工藝作了相應的改變。新方法獲得的短邊銅板耐磨損性能提高，使用壽命延長。寶鋼在為某用戶制造結晶器銅板時，采用有限元熱解析技術分析了用戶的原結晶器銅板設計，發現其銅板上部1mm的Ni Fe鍍層、水槽設計、冷卻水流量不夠合理，在設計拉速下彎月面溫度過高。經過進一步熱解析分析，向用戶提出改用上部0.3mm的Ni Co鍍層、修改原水槽和冷卻水流量設計的建議，其中改變鍍層形式的建議得到了用戶的認可。
　　面向用戶的結晶器表面電鍍技術的發展相對比較薄弱，一方面原因在于結晶器制造技術與連鑄技術存在較大的專業跨度，連鑄現場復雜的工況和管理方式，使得結晶器制造技術人員較難掌握各因素對產品的影響結果和影響程度，進而無法進入下一階段的產品論證設計。另一方面原因在于產品全生命周期信息鏈的缺失或者獲取信息的效率很低，正如圖1中所示，沒有產品數據信息平臺這一中間環節，技術人員將無法獲取全面的產品信息，沒有數據信息作為保障，則很難對已發生和將發生的問題進行綜合分析。
　　鑒于以上原因，面向用戶的結晶器表面電鍍技術的發展應當向外延拓展，與產品的應用技術領域形成交叉。對于連鑄技術，其核心工藝是結晶器內的熱交換過程，因此，掌握結晶器內的熱交換規律將對結晶器銅板及鍍層的設計具有重要指導作用。此外，針對結晶器銅板全生命周期信息數據庫的建設是十分有意義的。日本三島光產公司將包括結晶器銅板的現場使用信息在內的產品生命周期信息系統，納入企業的生產管理系統，不僅有利于管理、營銷，還大大促進了技術的研發。寶鋼也正在積極開展此項工作。結晶器銅板全生命周期信息數據庫的建設，將使得電鍍技術更容易在面向用戶的平臺上發展、更利于電鍍技術與各個技術的交互發展。
　　3　結　語
　　電鍍技術因其自身特有的技術優勢和不斷地更新發展，在未來的結晶器表面處理領域，電鍍技術仍將具有很好的開發應用前"景，電鍍技術將同其他表面技術共同并存、優勢互補。未來的結晶器表面電鍍技術的應用與發展不能僅局限于內部制造車間，而應是緊隨產品生命周期的各個環節，從論證設計到制造、到用戶使用、再到論證設計這樣一個閉環的、全面的技術應用與發展。